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发表于 2008-7-9 20:57:22
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来自： 中国江苏苏州
焊管·第25卷第5期·2002年9月 # b1 R3 m7 q c
俄罗斯管道焊接前的现代消磁方法 0 Y; |" m) Y1 M
许贵芝 编译 9 c4 C& }' F; {& M
(南京航空附件厂 210002)
( j. o7 N/ j8 C. Y7 G5 C6 s摘 要 分析了钢管中剩磁产生的原因及其对焊接质量的影响。介绍了俄罗斯管道焊接前的消磁工艺过程和消磁方法。生产经验证明该方法实用、有效。 - J0 _$ z' n, d+ ~, b2 F
主题词 管道 钢管 焊接 剩磁 消磁 工艺
3 d' O7 _3 q. L1 剩磁产生原因及对焊接质量影响
) y! H, O: [/ N4 [在建设和修理煤气管道进行焊接作业时，有时会出现磁偏吹影响焊接过程的现象。磁偏吹的形成是管金属中存在剩磁的结果。通常，将剩磁分为感应磁性和工艺磁性两种。感应磁性常产生在工厂制管的环节中，如：金属熔炼、采用电磁起重机进行装卸、钢管在强磁场中停置、用磁化法完成无损检查、钢管接近强力供电线放置等等。工艺磁性常产生在进行装配焊接作业及采用磁性夹持器、夹具与用直流电焊接管道时，如：长时间接触与直流电源相连的电导线，导线裸露段或者电焊 钳与管子的短路等。焊接带磁性钢管时，经常会看到电弧引燃的困难、电弧燃烧稳定性的破坏、在磁场中电弧的偏离、液体金属和渣熔融体从焊接熔池中的溅出。为了稳定焊接过程，改善焊接接头质量，被磁化了的钢管在焊接前要进行消磁。应该指出，被焊接的钢管要达到完全消磁是困难的。所以，当剩磁不足于影响焊接质量时，便允许进行焊接。
6 y& h) [8 m9 R+ J2 a# R; c5 a2 d2 俄罗斯管道焊接的消磁方法 ( E9 P& K0 g0 W8 B
在野外条件或半成品基地里进行管道焊接和修理时，特别需要进行消磁。俄罗斯有关部门制定了相应的管道消磁工艺文件。文件中包含了当代进行类似作业的国内外的先进经验。
$ k. P! W% |5 j8 ~- K2．1 消磁工艺过程 ) i. S" Y/ I: v7 a# q
针对焊接前的消磁，制定了单根钢管和钢管对接处的消磁工艺，包括以下内容：① 确定钢管剩磁场的大小和方向；② 选择消磁的方法、系统图和技术手段；⑧ 用选定的消磁方法对钢管或者焊接的对接处消磁；④ 检查经过消磁后的剩磁量，看其是否满足要求。 ) D* R- A, _/ ^% w' T( S
2．2 消磁方法 ! T, ~9 @* x* L% v: X
在已制定的工艺文件中，规定了以下的消磁方法：用直流电或者交流电，以及借助于电磁铁或者永磁铁所建立的磁场方法。分析剩磁参数(见表1)，结合施工现场具体条件(例如给定的装备等)，选择消磁方法和系统。# l9 ~1 |4 T3 }) _
表1 剩磁等级与焊接条件
6 u8 w) S G. e3 ?剩磁等级 剩磁感应强度(×10 T) 焊接条件
# m. K5 H' G. t+ t弱 <20 不消磁 : ?1 W/ R# S7 v4 K# f3 s
中等 2O～ 100 消磁 ! P5 C( {+ y5 @) [5 b ~
高 > 100 消磁 + p- F* j) G. v: \8 q5 T+ F- H9 [
用截面35～50 mm 的焊接导线组成的电磁线圈来完成直流电和交流电的消磁。导线绕在钢管或者两根对接的钢管上，根据钢管剩磁大小绕成匝数不同的线圈。用直流电消磁时，必须采用电流为5o0～ 1 000 A 的焊接整流器或变流器，其中包括多工位的。用交流电消磁时，采用电流为500～ 1 000 A 的焊接变压器。所有被采用的电源应有遥控和电流调节装置，允许采用镇定变阻器。当采用焊接变压器消磁时，推荐使用轻便的电流测量卡表LI一4505、LI一4501等来测量消磁电流。借助专用的电磁铁消磁，要采用焊接整流器或者变压器作为电源来进行，见图1(a)。用永磁铁消磁 & A6 u' h% S8 b: O L# h& R
时，则不需要电源，见图1(b)和(c)。钢管的消磁分三个等级，见表1。
6 L- _9 R8 M! [ W焊 管 2002年9月 1 L0 _. e, R) c5 s W0 Z1 G0 L! [
图1 用电磁铁(a)、C形永磁铁(b) 9 z- t. Z% t4 T9 H! j) u, E4 L, ` A
和圆柱形永磁铁(c)对对接管端消磁系统图 6 h/ q2 R7 a U
1一被消磁钢管 2 电磁铁3一焊接导线
W( g- r% V' b% k* e4 r4 直流焊接电源 5一C形永磁铁 6 圆柱形永磁铁 7 ~3 R* |/ K1 ~4 B. z4 r" E4 s+ S% b
消磁时，磁场应该大于剩磁磁场： Z4 S/ l& v% e4 v
H 一(1．2～ 1．5)H !
) Y$ C7 y0 b( B |式中H 消磁磁场强度；
! J/ \* w @& p( HH。剩磁磁场强度。
& P- X* u& ^8 S9 s- C# p消磁磁场强度按公式确定： . k. d2 _/ ]+ _6 E& p4 a/ i
H — I ·N 7I 3 w+ h2 I' O( V& O- l' U9 X: K5 N" z X
式中，一线圈通电电流。A；
! g0 o5 c9 K+ [ R4 @N 消磁线圈匝数；
- q8 \& C" B0 O: c; c5 i8 ^' qL一绕组长度，m。 0 k! v0 m0 M! b c1 U- G8 T
为了测量磁性。推荐使用lIMI1 97 X 磁力
6 e" J6 C1 ^+ y, I7 ]计。磁力计是一种轻便型仪表，用于评估磁系统空
! y8 _: ~6 d: H, W$ ~- _气间隙中脉动磁场以及漏磁磁场的磁感应强度。
3 Q" ]. `' D9 x0 c* M仪表由测量变流器、电子装置和充电装置组成。仪
( i- y: Y9 P- H* M) I t表的电源为9V 的电瓶内装式电池组，磁力计技 * d9 ^1 y5 P0 |7 P4 f
术特性见表2。 1 G" r. P" _) F# E/ h
(1)用直流电消磁用直流电消磁的过程为：
0 S: w' m j! Z① 借助于磁力计确定钢管剩磁磁场的大小和方 " y; O1 Q) c0 c6 d) [! y
表2 磁力计技术特性 + k# V. i% O9 l! r$ U% e. _7 I
被测量磁感应强度范围(×10 T) 1～ 1 999 ; W2 f4 N/ k, a+ {& o I! \/ L
灵敏度下限(×10 T) 1
+ ?6 F$ R3 P2 r1 F调整工作规范时间(s) 30
4 [6 a0 N6 Y0 y, c6 A6 q电源充电后连续工作时间(h) 8
# ]7 h( f8 f' r) E8 X3 w2 A5 |外形尺寸 电子装置 1 70×60×35
5 u% S. M& O- y(mm×mm×mm) 充电装置部分 70×70×30 # E; ]! }- p6 x+ [8 ?
质量 电子装置 0．35 1 Y( O N/ G' H* {' }9 ?
(kg) 测量变流器 0．35
3 p/ |5 Y+ a2 v" q7 ^5 |" y8 W4 r: ?9 Z向；② 在钢管上配置截面35～50 mm 的柔性焊 / ^6 G0 e2 @0 r, g V- ^/ D1 h
接导线组成的线圈，将其接到一个或者两个顺序 2 X( J# p2 Z9 f. c* ]/ N* @
连接的焊接变流器，使其形成的磁场作用方向与
( u( O* \; X- [) B$ N钢管剩磁场作用方向相反，见图2；③ 在消磁开 7 {& X6 J7 G: a4 |6 k9 {
图2 单根钢管(中间部分)用直流电的消磁系统图 % z! }; m; l, n+ g: Q# |$ z/ K5 |
1 被消磁钢管 2 焊接导线 3 直流电焊接电源
. Q+ Y5 ]% B' R$ L, Q- M* M3 z" G始时，电流为8O～1OO A。④ 在消磁的过程中，必
, A6 @& K4 l7 \) Y须周期性地用磁力计在钢管上检查消磁磁场作用 9 n6 @ x' O$ {: X( E
的结果(在电源接通时进行测量)。必要时，控制电
- {0 c- ~# H9 j3 ^: ~流或者改变它的方向(用在焊接变流器上换接导
8 K. |( s8 U' m4 _/ ^线的方法)。⑤ 消磁结束以后，为了平滑地降低磁
[: K# K. D& j9 f0 e7 p. H通时，应该在lmin内逐渐减小电流，直到零值，
! z# F. F" H. T然后切断电源。 9 B0 U) J8 ?" f% G% ?6 Z
用直流电消磁，可以按几种方案完成。 $ E. [( O6 G7 A n& c; D; d
单根钢管消磁，先在钢管一端沿外圆绕8～
9 r+ c% O$ l! K3 x12匝的线圈，以最大的磁场值来消磁；然后以同 ( D3 ?! f5 Q" r+ x0 e
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第25卷第5期 许贵芝编译：俄罗斯管道焊接前的现代消磁方法
. s) a' q" i$ |+ X5 \" l" W4 q" R样方法为钢管另一端消磁。 4 x8 |* B0 K/ S* X; A3 b
当单根钢管消磁到钢管对接处时，将两根钢 3 ?$ R9 ^8 J _1 t5 p4 l; z0 H
管拉开距离不小于300 mm，在距每一根管子端 6 N' Q1 o3 H% A; T+ \5 I4 c
面80～100 mm 处绕上18～20匝的线圈，并按图
4 M# i) g; d/ w! S. q7 ?$ `3(a)方法完成消磁。 5 f; H& ]. V, y$ Z' x* ^
图3 钢管对接装配前用直流电消磁的系统图
9 f8 j& M$ J! m& K+ Tl一被消磁钢管2一焊接导线3 直流焊接电源 , h n' n& T5 ?# J n1 H6 P! }# |
4 带焊条的电焊钳5一金属板片 $ o7 `" R2 P* P; u' L$ [' d9 H
在个别场合下，推荐使用将电焊钳和金属板 9 |- s! p5 r7 Z6 F
片接入电气系统中消磁的方案，见图3(b)。将装
& J2 E+ A {5 u" M# K7 |入电焊钳中的焊条，在300 A 电流下与金属板短
3 X! k6 G; r% d5 F3 C路10 s。然后断开。在每一次短路一一断开循环之 ) L4 |/ P9 O4 G! s% H7 s# T
后，用磁力计检查磁性，并在必要时重复消磁过 4 O: }# x! G3 q0 @" m: ^
程。
U: H A% O H) d) J当对装配好的对接处消磁时，在被对接钢管
8 F- y% [% C7 ]" m& L. ^端绕上截面35～50 mm 的焊接导线，形成两根 ; J2 ]# _ E) [+ N* J: m
钢管的共用线圈，见图4(a)。线圈可以重叠绕(沿
$ w0 C' M1 v( I1 K; u顺时针或者逆时针)，总匝数为16～22匝。此时， $ m B( y" j- i# `0 g
匝数多的应该在剩磁大一些的钢管上。这种消磁
# c3 G$ _% e2 S' h# \; Y工艺往往是最佳的。
+ x& w; R) t9 E当测量剩磁等级小于2O×10 T 以后，完成
5 ~( Z W$ X# X' X* H, B" r& M焊缝根部的焊接。此时，推荐在小电流10～ 20 A 2 u i9 W4 q3 I, K4 e9 M
下进行补充消磁。
& e2 M$ y( _$ d! Z% H# K4 S' W(2)用交流电消磁 用交流电消磁可以应用
( ~, `+ F9 T8 r- [ ~于单根钢管装配前单根钢管的末端，以及壁厚达 2 y6 J$ ?8 s+ p9 N4 s! q
25 mm 的已装配钢管对接端。此时，除按上述方 1 E/ l7 \5 y' A. g* j" J9 D7 i$ \
图4 用公用焊接导线对对接管端消磁系统图 ' t0 c3 ` H* H
(a)用直流电消磁 (b)用交流电消磁 * q1 \+ }5 I. [8 z
l一被消磁钢管 2一公用焊接导线 3一直流焊接电源 4一平 + H/ D- v- O2 R( D7 @3 W, T. @
滑降低电流的装置(钢丝) 5一绝缘材料垫板 6-焊接变压器 3 |& K* ]; J* i% m0 m
法消磁以外，还有如下的补充：按图4(b)的消磁
0 x( p; ^+ b- G+ Z系统图装配，采用1根焊接导线组成的线圈，在回 2 L% b3 v9 c6 M& ^
路中接入长0．5～ 1．0 m、直径1．5～3．0 mm 的 . E2 @1 t( N0 a8 r
钢丝。这根钢丝安置在绝缘且不可燃材料的垫板
1 T0 ]8 g' _1 b% y6 Q# m! p, D( h(如石棉砖)上。钢丝可以平滑地改变通电电流的 , o' {; M! D% i# @( g9 c, D
大小，从而改变消磁磁场的大小。当电源接通后，
+ n) v* i( |/ j# Y! E' O; V1 j9 X钢丝被加热并在一定时间内烧断。烧断时间取决 ! B* e" r2 y$ J3 A" Z- v
于钢丝直径、长度和电流值。在钢丝烧断后，用磁
8 i) L* s6 u1 U1 g" f" S. g力计检查剩磁大小。当消磁效果不足时，必须重复
" p; j- p: j- J, L消磁(有时需要4～5次)。
& m+ o" T1 D j: L. \消磁系统的拆除，可在焊完根部焊缝后进行， / p6 ^( I/ y9 {- M+ e8 `9 K
推荐消磁后立即拆除。对于交流电的消磁，同样可
" S t* U2 p; E. [6 L' q4 ?以采用电气调节器，以便平滑地改变电流的大小。
- [' \8 f) p- \6 ~% \(3)用电磁铁和永久磁铁消磁 主要用在已
! m8 c" Z3 T4 i" S. X7 A8 D6 \ Y/ r' f对接好的钢管上长1O0～200 mm 的个别区段，特 : Y) o! m" P; f8 ^) u) P. S& b
别是在正负号改变的磁场附近。此时，个别区段消 + ~& j/ q$ [; m' l8 r8 M0 z
磁后，应该完成根部焊缝的焊接，然后进行下一段
8 C! Y r' U$ `0 o; V的消磁。为了消磁，选用了具有专门结构的电磁
8 S% U' x/ z* f2 u铁。电磁铁安装在钢管对接处，见图1(a)，使电磁
* B4 e" Q) v$ g0 O! L6 x铁的N极安置在有磁性S极的钢管边缘，而磁铁
Z8 L+ Z2 K! p. v: qS极与管磁性N 极相接。在消磁过程中，必须借 5 v$ X) N; E4 q6 G- ^0 Z
助于磁力计定期地测量钢管剩磁的方向与大小
6 ^1 D8 M/ n" }1 N( \(接通电源时)。消磁磁场的大小通过改变电流大 ' G4 R9 [5 D I% u+ t/ {8 `
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/ p: `# Q7 P2 j2 ~$ ]& `3 g小来调节，磁场方向通过改变电流方向来调节，亦 * n' X% S& ~: o" n8 _8 M+ V
即转换电源正负极来调节。
+ C3 F4 B/ S9 b2 ^4 N用永久磁铁消磁，选用了IoH丑KT5合金制
, b3 {: a$ `9 ]. v造的C形或者圆柱形永磁铁，见图1(a)和(b)。当 6 y5 R5 k' m, ]- g' y
磁铁正确安装时，磁极应该和被磁化的对接钢管
- F+ O. |5 g7 c4 v' [$ W' a的磁极相反。磁铁安装正确与否可用磁力计来检
! W6 n, Q. v7 I; Q查。为了增强消磁的效果，磁铁可以彼此连接(二 * B. o$ g% Z" \6 ~* X, z
三个以上，其作用相同)。在对接区段消磁以后，必 5 y; \% ]& o& U/ N; O
须完成此处根部焊缝的焊接。此后，磁铁应该移至
5 Y! m; O d* z8 A% e下一个消磁区段。为了增加消磁磁场，磁铁要接近 ' u9 H/ a8 W1 A- D- r* T
消磁处，反之可以去除磁铁。沿钢管表面移动磁铁
$ ?* ?. { w7 y Q& G时，可以减小焊接对接处剩磁直到最小值。 ' _/ |$ x% u! L' `7 v" {
为了改变消磁磁通量的方向，必须在水平面
( M# p; K9 d6 K* S" q上将C形磁铁回转180。，而装在对接处边缘的圆 3 f5 h$ B& x% n2 |( P+ B6 N
柱形磁铁要交换位置或者在垂直平面中回转
+ }3 G# ?; {' ^$ b q9 M180。。在每一道消磁工序后，必须用磁力计检查剩
3 D; t, i# [2 r; k+ t3 _' j磁的大小。 4 `0 V* d7 z. m1 k d' r
3 结 论 0 O( G. N8 p& \4 _$ h5 @
俄罗斯消磁经验表明，采用现有工艺文件中的消磁方法是十分有效的。这种方法可以用在工业部门各种管道的安装、焊接和修理作业时。
, m) T8 i7 k# s' M% I4 C# F/ j参考文献 2 \6 w/ \" z* i9 _" Z8 r4 M
1 B I1 FPIIHEIIKO等．Op6HTa~I％HO!；I CBapKe c ABTOOFIpecco—
' h: u3 }5 E! s9 F* z4 R1 l. K# \BKOH ABTOMaTaMH 0丑A一35~IET． CBapoq np—BO，2000(1)：38
7 Y& e" p0 r3 \( T: d3 F' y- W～ 41
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[ 本帖最后由 奇奇 于 2008-7-9 21:03 编辑 ] |
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